钢的热处理西北工业大学第8章钢的回火转变及回火

第八章钢的回火转变及回火回火：将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的工艺过程。目的：去除残余应力；调整性能；稳定尺寸驱动力原始组织是非平衡相M中碳过饱和M具有高的界面和应变能M回火加热时组织转变随温度升高：C偏聚：100℃以下（时效）M分解：100~300℃（过渡碳化物析出ε、η析出）残余AR分解：200~300℃碳化物类型转变：200~350℃碳化物粗化、F形成：350℃以上§1回火时的组织变化一、碳原子的重新分布（M分解）实验：选Ms<室温、不会发生自回火现象的材料新鲜M在低于室温或其附近→硬度↑电阻率上升M以调幅机理分解场离子显微镜分析→富碳区随时间↑→C%↑C、N偏聚在缺陷处二、过渡碳化物析出（M分解）低温回火加热→M中析出规则分布的ε、η亚稳定碳化物（弥散），M形貌保留ε、η与基体M共格、有位向关系ε、η结构相似，形态棒、片或针状ε、η在富碳区形成，但成分不同。低碳钢直接从富碳区析出稳定碳化物此时M中C%↓，但仍过饱和，c/a>1三、残余AR分解与M分解同时进行C%>0.4%明显分解发生在相界或残余AR晶体内部分解产物为α相+θ（稳定碳化物）或M、B碳化物颗粒状，与残余A有取向关系低M板条之间的残余AR→

分解形成的碳化物连续→导致回火脆性四、碳化物类型的转变与A分解同时进行低C位错M：偏聚在位错附近的C原子，可直接析出θ-K（Fe3C)。位置：析出在位错线附近或M条间界上，呈细小片状高C孪晶M：最先析出ε-K，当回火温度高于250℃析出χ-K和θ-K。位置：M孪晶面｛112｝M上。低、中碳钢在板条内形核，与M有惯习面和取向关系，因小角度相界的消失→板条粗化基体M中C%平衡，c/a=1。但仍保持淬火时形态内应力基本消除。高碳M亚稳定碳化物先形成χ

→随后被稳定碳化物取代ε碳化物晶格结构密排六方点阵成分：Fe2C－Fe3Cχ碳化物复杂斜方点阵成分：Fe5C2θ碳化物复杂斜方点阵成分：Fe3C碳化物转变方式原位转变：成分、结构改变独立转变：亚稳定碳化物溶解，稳定碳化物在其它部位形核、长大五、碳化物聚集、等轴F形成碳化物由棒、片→球→粗化（大吞小）→系统能量下降渗碳体因密度小于F→较小的碳化物溶入基体→产生空位→促进渗碳体长大大角度相界合并→晶粒长大→等轴FM形貌消失残余应力消除c/a=1综上所述：总体变化§2回火后的性能变化

一、硬度在100℃时略高（亚稳定碳化物共格作用>M中析出C的弱化作用）温度>100℃后→硬度↓，因为：M中C析出→固溶强化效果↓残余A分解碳化物析出→基体C平衡碳化物粗化F等轴化（再结晶）二、强度、塑性随温度升高→强度降低、塑性升高碳钢均在300~400℃时弹性最好三、韧性除回火脆性外，温度升高→韧性升高高碳钢回火韧性提高显著亚稳定碳化物析出→

内应力降低→M收缩→显微裂纹减少碳化物聚集→焊合显微裂纹小结硬度：200℃以下，HRC不变。>300℃，HRC降低。弹性极限：在300-400℃最高。塑性：在600-650℃最高。§3合金元素对回火的影响过程与碳钢回火相同，推迟进程特点提高回火抗力某些钢产生二次硬化现象影响回火脆性一、提高回火抗力1、时效、低温回火→影响小2、316℃中温回火合金元素降低碳的扩散系数Ni、Si等非碳化物形成元素向M中扩散Cr、V等碳化物形成元素向碳化物中扩散以上因素此时不是过程转变的控制因素，故影响弱3、Si中温回火时→阻碍碳化物类型转变→显著提高回火抗力4、除Ni、P外，其它合金元素随回火温度升高，阻碍碳化物粗化、F再结晶→提高回火抗力5、如残余A在回火保温时未分解P或B，则回火冷却时→二次淬火→硬度提高、脆性增加→进行再次回火二、引起二次硬化1、产生条件500~650℃含有强碳化物形成元素（Ti、Cr、V、……）的钢强碳化物形成元素超过一定%2、实质Mo2CW2CVCTiCCr7C3

共格碳化物的弥散强化作用超温→过时效→硬度降低（碳化物类型转变）3、合金碳化物取代渗碳体方式原位转变相界面形核二次硬化效果差（碳化物较粗）独立转变位错处形核→长大→碳化物细小→效果好多组元→效果佳转型序列Fe3C→VCFe3C→W2C→W6C4、工程意义工具钢→提高红硬性耐热钢→高温强度好结构钢→提高材料强度、韧性→轻量化设计5、提高二次硬化效果的途径形变+淬火位错密度提高→碳化物弥散析出加合金元素（Co、Al、Si、Nb）抑制特殊碳化物生长§4钢的回火脆性一、（第一类、低温、不可逆）

回火马氏体脆1、特征韧性降低；冷脆转化温度升高；沿晶断裂250~400℃产生，与冷却速度无关几乎所有钢都存在不能消除，只能减轻已产生此脆性工件在高温区回火→消除（再次在此温区回火不产生脆性→不可逆）2、产生原因（不定论）残余A分解脆化温区与残余A分解温区相同，加合金元素→脆化温区会升高低、中碳钢板条之间渗碳体薄膜生长所致A晶界杂质偏聚俄歇实验高纯度材料→回火脆性倾向降低S、P→杂质偏聚

弱化晶界残余A分解+A晶界Sb、Sn、P、S、As杂质偏聚3、措施降低杂质细化晶粒降低杂质%（脱氧剂；细化元素）加Mo→降低

晶界磷%降低Mn加合金→改变脆化温度等温淬火代替淬火+回火工艺二、（第二类、可逆）回火脆1、特征较高的回火温区出现，时间↑→明显沿晶、合金偏聚；其他特点同前对冷却速度敏感，快冷不出现某些合金钢出现脆性可逆，只要在此温区（或大于此温区）回火缓冷即出现已经脆化工件→不满足温度、材料、冷速三个条件→脱脆2、影响因素成分致脆元素：Mn、Cr、Ni、Si与杂质共存时出现多种元素共同作用→明显：促进元素：P、Sn、Sb、As、B、S去脆元素：W、Mo、V、Ti；Mo%约0.5%最佳碳钢→不出现热处理时间；冷却速度；脆化温区回火组织：M>B>P晶粒大→明显3、机理4、预防大型工件加Mo、W降低杂质%细化晶粒形状简单的小工件回火后快冷亚温淬火磷溶入F中→晶界处磷%降低§5钢的回火工艺一、加热温度制定原则成分（碳含量、合金含量）淬火后的硬度技术要求经验公式（Wc%=0.35~0.65%）1）回火℃=300+（57-HRC7×10-10.8-Wc%)×1502）回火℃=T1+（淬火HRC-技术要求HRC)×10T1：碳钢=200；合金钢=220回火种类1、低温回火目的：降低应力；提高韧性组织：回火马氏体（α/+ε），保留淬火形态性能：硬度与淬火时相当高碳钢→耐磨性好韧性提高，内应力降低应用轴承钢→制作耐磨工件工、模具钢渗碳、C、N共渗工件铣刀双头钻量具钢（冷处理→回火→研磨→时效）低碳钢→制作高强度工件2、中温回火目的

提高弹性极限；获得高的强韧性配合组织

回火屈氏体（F+细小碳化物，光镜下仍难分辨），保留淬火M形貌性能

弹性极限最高；强韧性配合好应用

弹性工件；热模具T与T’区别T’

中温回火产物，Fe3C呈颗粒状；来自MT正火产物，Fe3C呈片状。来自过冷A形态、性质均不同3、高温回火（调质处理）目的获得好的综合力学性能产生二次硬化效果组织

回火索氏体（F+颗粒碳化物），M形貌消失性能综合性能优于S某些合金钢具有高的红硬性应用高速钢产生红硬性高合金钢的软化预备热处理渗N、表面感应加热的预备热处理重要结构工件的最终热处理二、回火时间根据经验公式选取与设备、装炉量、工件厚度等有关回火温度比回火时间对回火程度（性能）的影响大回火效果低温、长时间=高温、短时间回火程度通常用硬度衡量高碳钢为了防止淬火后开裂→应该及时回火（2小时之内）小结随着回火温度的提高，材料中的组织、力学性能也随之发生变化。通过回火可以调整材料的性能、稳定其尺寸、消除淬火时留下的残余应力。合金元素会延缓回火的进程，还可能产生高温回火脆性。两种回火脆性预防的措施不同，在生产中应正确把握。根据使用要求正确选择回火工艺，其中回火工艺中温度对性能的影响较大。作业Page231：